Sandsynlighedsfordeling, i sandsynlighedsregning den forskrift, der til en given stokastisk variabelX angiver sandsynligheden for, at den stokastiske variable tilhører en given delmængde A af de reelle tal. Sandsynlighedsfordelingen for X betegnes normalt PX og er givet ved PX(A) = P(XA), hvor P er sandsynlighedsmålet (se sandsynlighedsregning). Sandsynlighedsfordelingen bestemmes entydigt af fordelingsfunktionen FX eller af tæthedsfunktionen fX.